import java.util.Stack;

import static com.sun.deploy.net.MessageHeader.merge;

public class MySort {

    /**
     * 插入排序
     * 时间复杂度：
     * 最好情况下: O(N)
     * 最坏情况下: O(N^2)
     * 空间复杂度:
     * O(1)
     * 稳定性:
     * 稳定的
     * 稳定的排序可以实现成不稳定的排序,不稳定的排序不可以实现为稳定的排序
     */
    public static void insertSort(int[] array) {

        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 希尔排序
     * 时间复杂度：
     * O(N^(2/3))
     * 空间复杂度:
     * O(1)
     * 稳定性:
     * 不稳定的
     * 稳定的排序可以实现成不稳定的排序,不稳定的排序不可以实现为稳定的排序
     */
    public static void shellSort(int[] array) {

        int gap = array.length;
        while (gap > 1) {
            gap /= 2;
            shell(array, gap);
        }

    }

    public static void shell(int[] array, int gap) {

        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0; j -= gap) {
                if (array[j + gap] > tmp) {
                    array[j + gap] = array[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            array[j + gap] = tmp;
        }

    }

    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度：
     * O(N^2)
     * 空间复杂度:
     * O(1)
     * 稳定性:
     * 不稳定
     * 稳定的排序可以实现成不稳定的排序,不稳定的排序不可以实现为稳定的排序
     */
    public static void selectSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array, i, minIndex);
        }
    }

    //第二种选择排序
    public static void selectSort2(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        while (left != right) {
            int maxIndex = left;
            int minIndex = left;
            for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
                if (array[i] < array[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if (array[i] > array[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array, minIndex, left);
            if (maxIndex == left) {  //最大值如果在第一个位置,会被上一步的swap换到minIndex的位置
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array, maxIndex, right);
            left++;
            right--;
        }

    }


    public static void swap(int[] array, int i, int j) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度：
     * O(N*logN)
     * 空间复杂度:
     * O(1)
     * 稳定性:
     * 不稳定的
     * 稳定的排序可以实现成不稳定的排序,不稳定的排序不可以实现为稳定的排序
     */
    public static void createHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length - 1 - 1) / 2; parent >= 0; parent--) {
            siftDown(array, parent, array.length);
        }
    }

    public static void heapSort(int[] array) {
        createHeap(array);

        int end = array.length - 1;
        while (end > 0) {
            swap(array, end, 0);
            siftDown(array, 0, end);
            end--;
        }
    }

    public static void siftDown(int[] array, int parent, int length) {
        int child = 2 * parent + 1;
        while (child < length) {
            if (child + 1 < length && array[child] < array[child + 1]) {
                child++;    //child存储左右孩子最大值
            }
            if (array[child] > array[parent]) {
                swap(array, child, parent);
                parent = child;
                child = 2 * parent + 1;
            } else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度：
     * O(N^2)
     * 优化后最好时间复杂度:O(N)
     * 空间复杂度:
     * O(1)
     * 稳定性:
     * 稳定的
     * 稳定的排序可以实现成不稳定的排序,不稳定的排序不可以实现为稳定的排序
     */

    public static void bubbleSort(int[] array) {
        //i表示趟数
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {

            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
                if (array[j] > array[j + 1]) {
                    swap(array, j, j + 1);
                }
            }
        }
    }

    // 冒泡排序优化
    public static void bubbleSort2(int[] array) {
        // i表示趟数
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            boolean flag = false;
            // j进行比较每个数据的大小
            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
                if (array[j] > array[j + 1]) {
                    swap(array, j, j + 1);
                    flag = true;
                }
            }
            if (!flag) {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 快速排序
     * 时间复杂度：
     *      最好情况下:O(N*logN)
     *      最坏情况下:O(N^2)
     * 空间复杂度:
     *      最好情况下:O(logN)
     *      最坏情况下:O(N)
     * 稳定性:
     *      不稳定的
     * 稳定的排序可以实现成不稳定的排序,不稳定的排序不可以实现为稳定的排序
     */


    public static void quickSort(int[] array) {
        quick(array, 0, array.length - 1);
    }

    private static void quick(int[] array, int start, int end) {
        if (start >= end) {
            return;
        }
        int pivot = partitionHoare(array, start, end);
        quick(array, start, pivot - 1);
        quick(array, pivot + 1, end);
    }


    // 为什么array[right]>=tmp要取等:防止死循环(array[left]==array[right])
    // 为什么从右边开始而不从左边开始:因为小的要放左边,大的放右边,右边先走才会遇到小的数据停下来,然后将数据放前面

    // 霍尔法快速排序
    private static int partitionHoare(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];

        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            swap(array, left, right);
        }
        return left;
    }

    // 挖坑法快速排序
    public static int partitionHole(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];

        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            array[left] = array[right];
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            array[left] = array[right];
        }
        array[left] = tmp;
        return left;
    }

    //快速排序优化:三数取中法
    private static int middlenNum(int[] array, int left, int right) {
        int mid = (left + right) / 2;
        if (array[left] < array[right]) {
            if (array[mid] < array[left]) {
                return left;
            } else if (array[mid] > array[right]) {
                return right;
            } else {
                return mid;
            }
        } else {
            if (array[mid] < array[right]) {
                return right;
            } else if (array[mid] > array[left]) {
                return left;
            } else {
                return mid;
            }
        }
    }

    private static void quick2(int[] array, int start, int end) {
        if (start >= end) {
            return;
        }

        //优化2:当分的比较细时,数据十分有序,可以使用插入排序加快速度
        if (end - start + 1 <= 15) {
            insertSort(array);
            return;
        }

        //优化1:降低树的高度,不一定能解决栈溢出
        int index = middlenNum(array, start, end);
        swap(array, index, start);

        int pivot = partitionHoare(array, start, end);
        quick2(array, start, pivot - 1);
        quick2(array, pivot + 1, end);
    }

    public static void insertSort(int[] array, int left, int right) {

        for (int i = left + 1; i <= right; i++) { //传入的数据是闭区间,都要进行排序,right跟等号,
            // left要变成left+1,从第二个数据才开始插入排序
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    // 非递归快速排序
    public static void quickSortNor(int[] array) {
        int start = 0;
        int end = array.length - 1;
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        int pivot = partitionHoare(array, start, end);
        // 第一次找基准
        if (pivot - 1 > start) {
            stack.push(start);
            stack.push(pivot - 1);
        }
        if (pivot + 1 < end) {
            stack.push(pivot + 1);
            stack.push(end);

        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            end = stack.pop();
            start = stack.pop();
            pivot = partitionHoare(array, start, end);

            // 再找基准,再判断
            if (pivot - 1 > start) {
                stack.push(start);
                stack.push(pivot - 1);
            }
            if (pivot + 1 < end) {
                stack.push(pivot + 1);
                stack.push(end);
            }
        }

    }
    /**
     * 归并排序
     * 时间复杂度：
     *      O(N*logN)
     * 空间复杂度:
     *      O(N)
     * 稳定性:
     *      稳定
     * 稳定的排序可以实现成不稳定的排序,不稳定的排序不可以实现为稳定的排序
     */
    //单独设立一个函数保证接口统一
    public static void mergeSort(int[] array) {
        mergeSortFun(array,0,array.length-1);
    }

    public static void mergeSortFun(int[] array,int start,int end){
        if (start>=end) {
            return;
        }

        int mid=(start+end)/2;
        mergeSortFun(array,start,mid);
        mergeSortFun(array,mid+1,end);

        //合并
        merge(array,start,mid,end);



    }

    private static void merge(int[] array, int left, int mid, int right) {
        int s1=left;
        int e1=mid;
        int s2=mid+1;
        int e2=right;

        int[] tmpArr=new int[right-left+1];
        int k=0;

        while (s1<=e1&&s2<e2) {
            if(array[s1]<=array[s2]) {
                tmpArr[k++]=array[s1++];
            }else {
                tmpArr[k++]=array[s2++];
            }
        }

        while (s1<=e1) {
            tmpArr[k++]=array[s1++];
        }
        while (s2<=e2) {
            tmpArr[k++]=array[s2++];
        }

        //把排序好的数据拷贝回去
        for (int i=left;i<tmpArr.length;i++) {
            array[i]=tmpArr[i];
        }

    }

    //非递归
    public static void mergeSortNor(int[] array) {
        int gap=1;
        while (gap<array.length) {

            for (int i=0;i<array.length;i=i+gap*2) {
                int left=i;
                int mid=left+gap-1; //mid和right可能会越界
                int right=mid+gap;

                if(mid>=array.length) {
                    mid=array.length-1;
                }

                if (right>=array.length) {
                    right=array.length-1;
                }

                merge(array,left,mid,right);
            }

            gap*=2;
        }
    }

    //计数排序
    public static void countSort(int[] array) {
        //
        int maxVal=array[0];
        int minVal=array[0];
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            if (array[i]>maxVal) {
                maxVal=array[i];
            }
            if (array[i]<minVal) {
                minVal=array[i];
            }
        }
        int len=maxVal-minVal+1;
        int[] count=new int[len];

        //遍历array数组,把数据出现的次数存进count中
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            count[array[i]-minVal]++;
        }

        int index=0;
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while (count[i]>0) {
                array[index]=i+minVal;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }
    }

}
